[实用新型]一种环形分区机械‑水力联合破土开槽装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及海上风电基础结构，特别是一种环形分区机械-水力联合破土开槽装置。

背景技术

近年来，海上风电开发形势良好，我国沿岸相继建成了多个海上风电场。海上风电具有风场湍流度低、不占用耕地、年利用小时高等优势，这些特点使得海上风电显著优于陆上风电。不过，海上风电的开发也面临着巨大的挑战。海上环境复杂，风、浪、流及腐蚀等耦合作用显著。因此海上风电的开发对其基础结构在施工与运行过程中的要求都较高。目前，我国海上风电运用较多的基础结构为桩基础或复合桩基础，其设计简单，技术成熟且易于施工。不过，桩基础成本较高，在横向荷载下(风、浪、流等)的水平向变形较大，某些环境下，桩基础并非最优的基础形式。随着工业技术的不断发展，科学界与工业界发现宽浅式筒形基础可有效抵抗海上风机在工作过程中的较大横向荷载，且其结构简单，成本较低，施工便捷。由此，针对海上风机筒形基础的研究逐步开展并逐渐深入，而筒形基础结构也逐步在我国东部沿海地区的海上风电场建设当中得以应用。

现阶段，筒形基础多采用薄壁钢筒结构，该结构简单轻便，易于制造，也易于负压下沉。不过，对于某些地质条件，筒形基础的下沉作业需要施加很大的负压，而过大的负压会导致筒壁的屈曲变形，最终影响结构的安全稳定。为此，一些学者建议使用钢混结构的筒形基础。但钢混筒形基础为厚壁结构，下沉过程的端阻力很大，不能保证快速有效的下沉作业。为此，学者们又进一步提出了在钢混筒形基础底部设置破土装置，如开槽破土或高压喷射破土。然而，目前的破土装置都是整体结构，整体破土。一旦筒形基础的不同部位的地质结构存在差异，很容易造成筒形基础下沉过程中的水平度失衡。另外，目前并未有一种破土装置具有冲沙或排沙功能，当土体扰动后，扰动的土体依然存在筒形基础下部，使得基础的沉放效率不高，并存在扩大土体扰动区域的风险。为此，本申请提出一种采用水力与机械联合作用进行破土的环形分区的开槽破土装置，其有效限制了扰动土体的区域范围，实现了分区控制，保证了水平度的控制，并加设了冲沙排沙装置，从而有效保证了筒形基础快速有效安全的沉放作业。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述存在问题，提出一种环形分区机械-水力联合破土开槽装置，该装置有效限制了扰动土体的区域范围，实现了分区控制，保证了水平度的控制，并加设了冲沙排沙装置，从而有效保证了筒形基础快速有效安全的沉放作业。

本实用新型的技术方案：

一种环形分区机械-水力联合破土开槽装置，由分区破土槽、分区隔板、拉索导向槽、定滑轮、旋转动力系统、拉索、导向块、破土刷、防堵块、冲沙管及排沙管构成，筒形基础边壁底部通过6-10个分区隔板分隔为6-10个分区破土槽；分区破土槽为两圈钢板结构，钢板厚度5-10mm，高度为0.5-1.2m，在每个分区破土槽内的混凝土边壁内部设置条拉索导向槽，拉索导向槽顶部贯穿至筒形基础顶部，底部通向分区破土槽；每个拉索导向槽底端设置定滑轮，而顶端设置旋转动力系统；拉索导向槽内部设置拉索，拉索从一端的旋转动力系统连出，通过拉索导向槽连接该侧的定滑轮，然后再连接另一端的定滑轮，再通过这一测的拉索导向槽连接该侧的旋转动力系统；拉索导向槽上部分别设置导向块，使得拉索的底部可沿土体平面做往复运动；拉索底部设置七个破土刷，材料为柔性钢丝材料，长度20-30cm；破土刷两侧分别设置防堵块，以保证破土刷的持续破土功能；在每个分区破土槽内的混凝土边壁内部分别设置一根冲沙管与一根排沙管，分设在拉索导向槽外侧，冲沙管直径12-15cm，排沙管直径12-15cm；冲沙管与排沙管的顶部均延伸出筒形基础边壁并与冲沙装置连接，底部分别延伸至边壁下缘，并与分区破土槽联通；开槽装置设置于分区破土槽对应的筒形基础的壁内，筒形基础边壁顶部连接过渡段。

该装置的破土原理如下：1)当筒形基础12下沉时，每个分区破土槽1内的土体与外界相互独立；2)开启旋转动力系统5后，拉索6带动破土刷8开始做横向往复运动，使得土体扰动产生流动性；3)冲沙管11内水体冲至分区破土槽 1内，进一步增强扰动土体的流动性，并携带土体冲至排沙管12内，随即土体通过排沙管12与相应排沙装置排至筒外，完成破土工作。

该装置适用于厚壁钢筋混凝土筒形基础的下沉施工。

本实用新型的有益效果是：